Naturally processed peptides were acid extracted from immunoaffinity-purified HLA-DR2, DR3, DR4, DR7, and DR8. Using the complementary techniques of mass spectrometry and Edman microsequencing, > 200 unique peptide masses were identified from each allele, ranging from 1,200 to 4,000 daltons (10-34 residues in length), and a total of 201 peptide sequences were obtained. These peptides were derived from 66 different source proteins and represented sets nested at both the amino- and carboxy-terminal ends with an average length of 15-18 amino acids. Strikingly, most of the peptides (> 85%) were derived from endogenous proteins that intersect the endocytic/class II pathway, even though class II molecules are thought to function mainly in the presentation of exogenous foreign peptide antigens. The predominant endogenous peptides were derived from major histocompatibility complex-related molecules. A few peptides derived from exogenous bovine serum proteins were also bound to every allele. Four prominent promiscuous self-peptide sets (capable of binding to multiple HLA-DR alleles) as well as 84 allele-specific peptide sets were identified. Binding experiments confirmed that the promiscuous peptides have high affinity for the binding groove of all HLA-DR alleles examined. A potential physiologic role for these endogenous self-peptides as immunomodulators of the cellular immune response is discussed.

Abstract

 Cell surface complexes of class I MHC molecules and bound peptide antigens serve as specific recognition elements controlling the cytotoxic immune response. The 2.1 Å structure of the human class I MHC molecule HLA-B27 provides a detailed composite image of a cocrystallized collection of HLA-B27-bound peptides, indicating that they share a common main-chain structure and length. It also permits direct visualization of the conservation of arginine as an "anchor" side chain at the second peptide position, which is bound in a potentially HLA-B27-specific pocket and may therefore have a role in the association of HLA-B27 with several diseases. Tight peptide binding to class I MHC molecules appears to result from the extensive contacts found at the ends of the cleft between peptide main-chain atoms and conserved MHC side chains, which also involve the peptide in stabilizing the three-dimensional fold of HLA-B27. The concentration of binding interactions at the peptide termini permits extensive sequence (and probably some length) variability in the center of the peptide, where it is exposed for T cell recognition.